Mẫu không khí được lấy tại tòa nhà The Pride - Hà Đông, TP. Hà Nội cao 36 tầng, nằm trên trục đường Tố Hữu - Dương Nội, bằng phương pháp lấy mẫu thụ động theo độ cao. Tính từ tầng thượng, cứ 3 tầng (cách nhau khoảng 10m) sẽ đặt 1 thiết bị lấy mẫu ở phía ngoài tòa nhà, các vịtrí đều được lấy mẫu lặp nhằm đảm bảo kết quảcó độ chính xác hơn trong quá trình nghiên cứu. 2.3. THIẾT BỊ, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT
2.3.1. Thiết bị và dụng cụ
a. Thiết bị tách - chiết mẫu
- Hệ thiết bị chiết soxhlet sử dụng trong tách, chiết mẫu. - Bộ cất quay chân không: hãng Buchi, Đức.
- Thiết bị thổi khí: Reacti-therm III #TS-18829, hãng Thermo, Mỹ. - Cân phân tích điện tử AEA - 160DG AE251113272 ADAM - Anh, độ
chính xác: 0,00001g; dải cân: 0 - 160g. - Bình chiết 500mL, 1000mL.
- Bình nón 500mL, bình quả nhót 25mL; 100mL, bình định mức 5mL; 10mL; 25mL. Phễu chiết 500mL; 1000mL; ống đong; cốc thủy tinh; phễu thủy tinh; ống nghiệm thủy tinh; pipet Pasteur; vial 1,5mL;10mL;
màng bọc parafilm; giấy nhôm; bông thủy tinh.
Tất cả các dụng cụ thủy tinh đều phải được rửa sạch, tráng bằng nước cất, sau đó tráng bằng metanol và để khô, sấy ở 105oC trong vòng 1 giờ, lấy ra
để nguội. Trước khi sử dụng tráng n - hexan và acetone 2 - 3 lần. b. Thiết bị phân tích các hợp chất PAHs
- Hệ thống sắc ký khí/khối phổ GC/MS 5977B Agilent kết hợp GC 8890 System với giới hạn phát hiện thấp tới 1,5 fg IDL.
- Cột sắc kí: Cột HP - 5MS -UI (30 m × 0,25 mm; 0,25 μm) Agilent.
2.3.2. Hóa chất
Chất chuẩn gốc gồm 16 PAHs của hãng Sigma - Aldrich độ tinh khiết 99,5%; thành phần các hợp chất được liệt kê trong bảng 2.1.
Dung dịch chuẩn làm việc có nồng độ 10µg/mL: chuyển 100µL dung dịch chuẩn gốc vào vial 1,5mL sau đó định mức đến vạch bằng n-hexan. Ký
hiệu và bảo quản trong bình kín, tối màu, bọc kín bằng giấy bạc và lưu trữ trong tủ lạnh (khoảng 4oC, sử dụng trong 6 tháng).
Bảng 2.1. Thông số chất chuẩn gốc PAHs
STT Thành phần Viết tắt Số CAS Nồng độ 1 Naphthalene Naph 91-20-3 100µg/mL 2 Acenaphthylene Acy 208-96-8 100µg/mL 3 Acenaphthene Ace 83-32-9 100µg/mL 4 Fluorene Flu 86-73-7 100µg/mL 5 Phenanthrene Phe 85-01-8 100µg/mL 6 Anthracene Ant 120-12-7 100µg/mL 7 Fluoranthene Fluh 206-44-0 100µg/mL 8 Pyrene Pyr 129-00-0 100µg/mL
STT Thành phần Viết tắt Số CAS Nồng độ 9 Benz[a]anthracene BaA 56-55-3 100µg/mL 10 Chrysene Chr 218-01-9 100µg/mL 11 Benzo[b]fluoranthene BbF 205-99-2 100µg/mL 12 Benzo(k)fluoranthene BkF 207-08-9 100µg/mL 13 Benzo[a]pyrene BaP 50-32-8 100µg/mL 14 Dibenzo(a,h)anthracene DahA 53-70-3 100µg/mL 15 Benzo[ghi]perylene BghiP 191-24-2 100µg/mL 16 Indeno[1,2,3-cd]pyrene IcdP 193-39-5 100µg/mL
- Chất chuẩn đồng hành là chất có tính chất hóa học tương tự như chất cần phân tích nhưng không có mặt trong mẫu phân tích. Chuẩn đồng hành được sử dụng đểđánh giá ảnh hưởng từ nền và từ quá trình xử lý mẫu. Chuẩn đồng
hành được thêm vào tất cả các mẫu, mẫu trắng, mẫu thêm chuẩn và mẫu nền (mẫu kiểm soát phòng thí nghiệm). Tên cụ thể của chất chuẩn được chỉ ra trong bảng 2.2.
Từ chuẩn gốc này chuẩn bị dung dịch chuẩn làm việc ở nồng độ 25ppm trong n - hexan hạn sử dụng trong 6 tháng, thêm 10 µL vào mỗi mẫu trước khi chiết.
Bảng 2.2. Thông tin về chất chuẩn đồng hành Z-014J STT Thành phần Số CAS Nồng độ 1 Acenaphthene-d10 15067-26-2 4 mg/mL 2 Chrysene-d12 1719-03-5 4 mg/mL 3 1,4-Dichlorobenzene-d4 3855-82-1 4 mg/mL 4 Naphthalene-d8 1146-65-2 4 mg/mL 5 Perylene-d12 1520-96-3 4 mg/mL 6 Phenanthrene-d10 1517-22-2 4 mg/mL
- Chuẩn p-Terphenyl-d14 nồng độ gốc 500 ppm được pha trong CH2Cl2
của hãng AccuStandard được sử dụng làm chất nội chuẩn. Tất cả các chất chuẩn gốc cũng như chuẩn làm việc được bảo quản trong bình kín, lạnh ở nhiệt độ≤ 4oC.
Các hóa chất dùng trong tách, chiết mẫu đều là hóa chất tinh khiết như:
- Na2SO4 khan và Silicagel đã sấy ở 450oC trong vòng 2 giờ, để nguội và
đặt trong bình desicastor hút ẩm - n-Hexan, Acetone (Merck, Đức). - Khí N2độ tinh khiết 99,999%.
- Nước cất hai lần thu được từ hệ thống Hamilton. 2.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.4.1. Phương pháp lấy mẫu
Nghiên cứu sử dụng phương pháp hấp thụ khí thụ động bằng cách treo
đĩa PUF tại các vị trí thu mẫu. Đĩa bọt polyurethane (PUF) có đường kính 14,0 cm; dày 1,35 cm; diện tích bề mặt 365 cm2và tỷ trọng là 0,0213 g/cm3. Trước khi mang đi treo, mẫu PUF được làm sạch bằng cách siêu âm trong 30 phút với acetone, sau đó lấy ra để bay hơi dung môi trong tủ hút ở nhiệt độ phòng. Nếu chưa treo mẫu ngay có thể để trong túi kín polyethylene ở nhiệt độ - 4C [20]. Sau khi mẫu được thu thập về, tại phòng thí nghiệm sẽ được ký hiệu và được
bảo quản trong tủ hút ẩm ở nhiệt độphòng trước khi tiến hành xử lý và phân tích. Hình ảnh treo mẫu thực tế tại tòa nhà và đĩa PUF sau 1 tháng treo mẫu được thể
hiện ởhình 2.1 dưới đây
Hình 2.1. Hệ thu mẫu thụđộng tại tòa nhà Pride - Hà Đông (a) cùng đĩa PUF trước và sau 1 tháng treo mẫu (b)
2.4.2. Phương pháp xử lý và phân tích mẫu
a. Chiết mẫu
Mẫu được xử lý bằng phương pháp chiết lỏng - lỏng trên thiết bị chiết soxhlet theo quy trình US EPA Method 3540C-2007. Quy trình được thể hiện
như sau:
- Đưa mẫu vào thimble: Mẫu dưới dạng mút xốp, được cuộn lại cho vào thimble.
- Sau đó thêm 10g Na2SO4 và 10 µL chuẩn đồng hành (acenaphthene-d10, phenanthrene-d10, chrysene-d12, and perylene-d12) có nồng độ 25ppm. - Thêm 300 ml n-hexane: acetone (9:1) vào bình cầu. Lắp đặt bình cầu và
thimble lên hệ chiết soxhlet, điều chỉnh nhiệt độ sôi của dung môi cho hợp lý và chiết trong vòng 24h. Chú ý tính thời gian của một vòng lặp khi chiết (4 - 6 vòng/1 giờ).
- Sau khi chiết xong, mẫu được cất quay chân không về thể tích khoảng 5- 10mL bằng thiết bị cất quay chân không ở áp suất 300 mBa, ở nhiệt độ
40oC, nhiệt độ hệ làm lạnh 0oC. Mẫu sau đó được chuyển sang vial 10ml
đểlưu, vạch địch mức có 9ml, thể tích mẫu đem đi làm sạch là 4ml, 5ml
dùng để lưu mẫu khi cần kiểm tra lại hoặc phục vụ các mục đính phân
tích các hợp chất hữu cơ khác.
- Mẫu sau khi được làm sạch, được cô về thể tích 1mL bằng thổi khí N2.
Sau đó thêm nội chuẩn là p-terphenyl-d14 và đem đo trên thiết bị GC/MS
Agilent 5977.
b. Chương trình chạy mẫu bằng thiết bị GC/MS Agilent 5977:
- Cột HP - 5MS - UI (30 m × 0,25 mm; 0,25 μm) của Agilent. Nhiệt độ
cổng bơm là 300°C, nhiệt độ nguồn Ion là 230°C, chương trình lò cột bắt đầu từ 60°C và giữ ở 2 phút, sau đó nâng 6°C/phút đến 320°C và
giữ thêm 10phút để làm sạch cột. Khí mang là Heli có độ tinh khiết trên 99,9995% của Messer, với tốc độ dòng được khảo sát là 1,0 mL/phút.
Chương trình nhiệt độ lò cột quá trình chạy mẫu trên thiết bi GC- MS được thể hiện dưới hình 2.2.
Hình 2.2. Chương trình nhiệt độ lò cột quá trình chạy mẫu
2.4.3. Phương pháp kiểm soát (QA/QC)
QA/QC là giai đoạn không thể thiếu trong quá trình phân tích. Nó là sự
kết hợp của đảm bảo chất lượng, kiểm soát chất lượng xuyên suốt quá trình lấy, xử lý, phân tích mẫu và xử lý số liệu. Mẫu chuẩn có nồng độ 25 ppb; 100 ppb và mẫu thêm chuẩn 50 ppb.
a. Khoảng tuyến tính của đường chuẩn
Để xác định khoảng tuyến tính, thực hiện đo các dung dịch chuẩn có nồng độthay đổi và khảo sát sự phụ thuộc của tín hiệu vào nồng độ. Xác định sự phụ thuộc giữa diện tích peak thu được vào nồng độcho đến khi không còn tuyến tính. 0 50 100 150 200 250 300 350 0 10 20 30 40 50 60 Thời gian (phút) N hi ệt độ ( o C)
Xây dựng đường chuẩn trên nền mẫu, nhằm mục đích loại trừảnh hưởng của nền mẫu đến kết quảphân tích. Các bước xây dựng đường chuẩn trên nền mẫu:
- Lựa chọn nền mẫu trắng phù hợp với đối tượng thử, trong nghiên cứu
này các đường chuẩn trên nền mẫu n-hexan.
- Phân tích mẫu trắng đểthu được dịch chiết các mẫu trắng.
- Pha dãy chuẩn gồm 5 điểm chuẩn có nồng độ lần lượt là: 20ppb; 50ppb; 100ppb, 200ppb và 500ppb từ dung dịch chuẩn làm việc 10ppm trong n- hexan.
- Vẽ đường thẳng phụ thuộc giữa diện tích của từng PAHs theo nồng độ PAHs tươngứng.
Các đường chuẩn được đánh giá dựa trên hai tiêu chí: - Hệ sốtương quan tuyến tính;1 ≥ R2≥ 0,99.
Độ chệch của từng điểm chuẩn so với đường chuẩn, ∆i ≤ 15%, (∆i ≤ 20% tại
LOQ). Độ chệch được tính theo công thức sau:
i =Ci(tt) −Ci(lt) 100
Ci(lt)
Trong đó: Ci(tt): nồng độtính được theo đường chuẩn của điểm chuẩn thứ “i”,
tính theo ng/mL.
Ci(lt): nồng độ lý thuyết (nồng độ pha dung dịch chuẩn) của điểm chuẩn thứ“i”, tính theo ng/mL.
b. Độ lặp lại (độ chụm), độ thu hồi (độđúng)
Độ lặp lại thể hiện sự gần nhau của các kết quả đo, là mức độ thống nhất của các kết quả thử riêng biệt khi quy trình phân tích được áp dụng lặp lại trên cùng một mẫu. Độ lặp lại được thể hiện bằng độ lệch chuẩn tương đối RSD%. Tiến hành thí nghiệm lặp lại 6 lần. Tính độ lệch chuẩn tương đối RSD% của
hàm lượng chất phân tích. Các công thức tính toán như sau:
- Giá trị trung bình:
𝑥̅ = 1
𝑛 . ∑ 𝑥𝑖
𝑛 𝑖=1
Trong đó:
x là giá trị trung bình số học của tập hợp các giá trị xi xi là giá trị kết quả của mỗi lần thí nghiệm. - Độ lệch chuẩn: SD = √∑ (𝑥𝑛 𝑖 − 𝑥̅)2 𝑖=1 𝑛 − 1 - Độ lệch chuẩn tương đối: RSD = SD X̅ × 100
- Khảo sát độ thu hồi: Độ thu hồi được xác định dựa trên kỹ thuật thêm chuẩn. Lượng chất chuẩn thêm vào mẫu phân tích phải đảm bảo sao cho nồng độ của chất cần nghiên cứu sau khi thêm chuẩn nằm trong khoảng
đã khảo sát. Độ thu hồi (R%) được tính như sau:
R% = (𝐶𝑚+𝑐𝐶− 𝐶𝑚)
𝑐 × 100
Trong đó:
Cm+c: Nồng độ chuẩn thêm vào và mẫu thực đo được Cm: Nồng độ trong mẫu thực
Cc: Nồng độ mẫu chuẩn biết trước
2.4.4. Phương pháp xử lý số liệu
Các kết quả tính diện tích và định lượng được xử lý theo phần mềm của thiết bị phân tích: phần mềm Mass Hunter của thiết bị GC- MS. Phần mềm
SPSS 23, Matlab và Office excel 16 cũng được sử dụng để xử lý số liệu trong nghiên cứu này.
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. KHẢO SÁT ĐIỀU KIỆN ẢNH HƯỞNG TỚI PHƯƠNG PHÁP LẤY MẪU, PHÂN TÍCH MẪU MẪU, PHÂN TÍCH MẪU
3.1.1. Tính toán hệ số thu mẫu
Sau khi phân tích giá trị nồng độ tuyệt đối 16 PAHs trên đĩa PUF (ng), nồng độ PAH trong không khí (ng/m3) được tính theo công thức (1) dưới đây:
CAir = CPAS
Rs × Ds (1)
Trong đó: CAir là nồng độ PAHs trong không khí (ng/m3), CPAS là nồng độ PAHs có trong đĩa PUF sau thời gian treo mẫu (ng), Dslà thời gian treo mẫu,
Rslà hệ số thu mẫu thụ động (m3/ngày). Phương pháp dùng phần mềm Matlab với thuật toán cho phép tính toán thể tích hấp phụ vào trong đĩa PUF/ngày đã được phát triển dựa trên các yếu tố ảnh hưởng như tốc độ gió, hướng gió, áp suất khí quyển, nhiệt độ và độ ẩm [55]. Các đặc tính hóa lý, ΔUOA (internal phase transfer), và KOA (octanol-air partition coefficient) là những thông số đầu
vào cho Matlab được thể hiện ở bảng 3.1. Do 3 chất Napthalene, Acenaphthene
và Acenaphthylene có độ thu hồi chưa đạt mức độ cần thiết cho phép định lượng nên 13 chất chính của PAHs được báo cáo và biện luận với độ thu hồi của chuẩn đồng hành đạt từ 65 đến 81%, một số công trình công bố trước đây cũng đã báo cáo tổng 13 PAHs tương tự như nghiên cứu này [20, 56, 57].
Bảng 3.1. Các thông số hóa lý của PAHs cho tính toán hệ số thu mẫu
TT PAHs MW (g/mol) ΔUOA (kJ/mol) log KOA 1 Fluorene (Flu) 166 54.2 6.89 2 Phenanthrene (Phe) 178 63.0 7.67 3 Anthracene (Ant) 178 63.5 7.71 4 Fluoranthene (Flt) 202 74.8 8.75 5 Pyrene (Pyr) 202 88.6 8.86
TT PAHs MW (g/mol) ΔUOA (kJ/mol) log KOA 6 Benz[a]anthracene (BaA) 228 90.9 10.28 7 Chrysene (Chr) 228 91.0 10.29 8 Benzo[b]fluoranthene (BbF) 252 101.2 11.33 9 Benzo[k]fluoranthene (BkF) 252 101.5 11.36 10 Benzo[a]pyrene (BaP) 252 103.1 11.55 11 Indeno[1,2,3-cd]pyrene (IcdP) 276 110.9 12.42 12 Dibenz[a,h]anthracene (DBahA) 278 112.7 12.58 13 Benzo[g,h,i]perylene (BghiP) 276 111.7 12.54
Điều kiện khí tượng phục vụ cho tính toán lấy tại trạm Nội Bài, có thể thu thập dữ liệu tại website của NOAA (https://gis.ncdc.noaa.gov/maps/ncei).
Các bước tiến hành sử dụng thuật toán trong Matlab được hướng dẫn chi tiết trong phần phụ lục của nghiên cứu trước đây [55]. Hệ số thu mẫu tính được nằm trong khoảng 2,20 - 3,12 m3/ngày tương ứng với tổng lượng khí hấp thụ
là 66,0 - 93,6 m3 khí cho 30 ngày treo mẫu, kết quả chi tiết cho từng cấu tử PAH được thể hiện ở hình 3.1. Kết quả này có thấp hơn với các nghiên cứu khác ở các nước ôn đới như Canada và Châu Âu trong khoảng 4 - 5 m3/ngày [58, 59], nguyên nhân là do nhiệt độ không khí ở Việt Nam thường cao nên khả năng hấp thụ các chất PAHs vào đĩa PUF sẽ giảm. Trong đó nghiên cứu tương tự cho mẫu POP và PAHs ở điều kiện Việt Nam trong cả mùa Xuân và Thu cho kết quả là 3,5 - 4 m3/ngày [60]. Kết quả tính toán hệ số thu mẫu của nghiên cứu này tương đương với kết quả thu được vào mùa hè (từ tháng 8 đến tháng 9) tại Seoul, Hàn Quốc [20].
Hình 3.1. Hệ số thu mẫu cho từng cấu tử PAHs
Phần kết quả tính toán hệ số thu mẫu trong điều kiện khí tượng của Việt Nam cũng là tính mới trong nghiên cứu phân tích đánh giá chất ô nhiễm bằng phương pháp thụ động tại Hà Nội. Vì vậy, một phần của kết quả nghiên cứu này đã được chấp nhận đăng trên tạp chí phân tích Hóa Lý và Sinh học T12/2021. Chi tiết bài báo và giấy chấp nhận đăng được đính kèm trong phần phục lục của luận văn này.
3.1.2. Ảnh hưởng của dung môi tách chiết mẫu
Trong nghiên cứu về nồng độ PAHs trong không khí, để tách chiết các hợp chất PAHs ra khỏi pha bụi khi lấy mẫu bụi bằng giấy lọc các người ta
thường dùng phương pháp rung siêu âm [61]. Vì rung siêu âm làm hòa tan tốt PAHs từ giấy lọc vào dung môi và giấy lọc trong quá trình siêu âm thì không có khảnăng hấp phụ PAHs lại lên giấy lọc. Nhưng đối với tách chiết các mẫu PAHs trong mẫu đĩa PUF thì dùng rung siêu âm cho hiệu quả thu hồi kém vì
rung tách được PAHs ra khỏi PUF thì PUF lại có khả năng hấp thu ngược lại. Vì vậy, đối với mẫu PUF phương pháp chiết soxhlet bằng dung môi vẫn phổ
biến nhất hiện nay. PAHs là nhóm chất phân cực kém do vậy về cơ bản là phải dùng hệ dung môi không phân cực. DCM và Chloroform là những dung môi có tính hòa tan tốt, tuy nhiên là 2 dung môi độc hại ít được sử dụng cho phân tích PAHs mà chỉ hay dùng cho phân tích các chất có phân tử cao như Dioxin
hoặc PBDE [62]. Hexane là dung môi không phân cực, ít độc hại hơn nên được
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5
lựa chọn để dùng khảo sát hiệu quả của quá trình tách chiết PAH, đểtăng hiệu quả thường dung môi phân cực như Acetone được trộn cùng với hexane với tỷ
lệ nhất định, tăng tính hòa tan chuyển pha và làm tan tốt cả các chất hơi phân